某隧道浅埋段塌方原因分析与处理方法

摘要:新建某隧道DK38+100～DK38+125为浅埋段,施工至DK38+110里程时发生塌方冒顶,本文从地质和施工角度进行分析,得出塌方的原因,并提出处理措施,为出现类似工程问题的隧道提供参考。

关键词:隧道 浅埋 塌方冒顶 原因 处理措施 1 工程概况

某隧道位于江西省井冈山市境内,全长530m,为单线隧道,地面海拔高程262.3m,隧道洞顶地面最高处海拔高程315.1m,隧道最大埋深约59m。

其中DK38+100～DK38+125段为丘间谷地,埋深5～6m,属浅埋。 2 浅埋段地质条件 2.1 工程地质条件

浅埋段谷地内分布第四系全新统冲洪积黏土、淤泥质粉质黏土、粗砂、砾砂;下伏基岩为加里东期花岗岩。

(1)冲洪积黏土、淤泥质粉质黏土呈软塑～流塑状,属软土,具有孔隙比大、含水量高、渗透性差、压缩性高、抗剪强度低、触变性、蠕变性等特点。

(2)冲洪积粗砂、砾砂呈透镜体状分布,具有渗透性强,自稳性差等特点。

(3)花岗岩矿物成份主要为石英、长石、角闪石及云母等,中粗粒结构。全风化呈砂土状,具有孔隙比大,渗透性强,遇水易软化等特点;强风化呈碎块石状,具有结构松散,风化不均匀等特点;弱风化矿物较新鲜,岩质较硬,整体性较好。

2.2 水文地质条件 2.2.1 地表水

沟谷内无常年性流水,雨季时有间歇性水流,水量变化较大。 2.2.2 地下水

浅埋段地下水主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于谷地内粗砂、砾砂层中,含水层厚度小于2m,接受大气降水及基岩裂隙水补给,地下水水位埋深1～2m,水量随季节变化较大;基岩裂隙水主要赋存于全、强风化花岗岩中,接受大气降水补给,全、强风化花岗岩透水性较好,隧道富水性较贫乏,少量排泄于谷地低洼处。

3 塌方经过

隧道开挖至DK38+110里程处,对上台阶拱脚处进行施工爆破时,掌子面出现塌陷冒顶现象,洞内坍塌体约732方,坍塌物为淤泥质粉质黏土、黏土及粗砂,塌体中含有少量地下水。根据量测资料显示,地表塌陷范围为:里程DK38+110至DK38+122,坍腔宽为10m;塌陷处隧道埋深6.1m,坍塌坑洞地表处周边发育有多条裂纹。

4 原因分析 4.1 地质方面

洞顶地质条件:浅埋段谷地地形地貌有利于汇水,施工期间降雨频繁,雨量充沛,第四系松散沉积物的含水量较高。黏土呈现为软塑-流塑状,属软土,具有孔隙比大、含水量高、渗透性差、压缩性高、抗剪强度低、触变性、蠕变性等特点;砂类土饱和状,渗透性好,自稳定较差;全风化花岗岩呈砂夹黏土状或黏土夹砂状,渗透性相对较好,且因原岩中的云母、长石等矿物风化后水理性质较差,遇水易软化,水浸泡易发生崩解和流砂等现象。

根据经验数据统计显示:软土的不排水三轴快剪:φ=0,C＜15KPa;直剪快剪:φ=2°～5°,C=10～15KPa;排水固结快剪:φ=9°～13°,C=20KPa,表明软土未经排水固结处理时强度较低,在经过排水固结处理后强度可大大提高;St=3～4,个别达8～9,表明受扰动的影响较大,扰动后土体强度急剧下降,易产生沉降变形等工程问题;砂类土的粘结力

C=0,φ=30°～40°,表明其自稳定较差;全风化花岗岩呈砂土状,性质近似于砂,渗透性好,自稳性较差。

洞身地质条件:因全风化花岗岩呈砂土状,强风化呈碎石状,含大量石英、长石颗粒,颗粒间黏结性差,故渗透性较好,自稳性差;全、强风化层接触面局部会有一定风化层孔隙水集聚,会产生滴水、渗水现象,易造成围岩失稳。

4.2 施工方面

该段原设计采用相应加强复合式衬砌断面,钢架间距0.6m/榀,φ89管棚配合φ42注浆小导管超前预支护,环形开挖预留核心土法施工,地表采取地面注浆加固等措施。根据塌方后实地观察,地表注浆效果不明显,没有起到固结地表松散土体、阻隔地表水下渗的作用;洞内实际施工方法为台阶法,掌子面DK38+110里程处上台阶高6.2m,上台阶下部为强风化花岗岩,需爆破,施工时未采用弱爆破法,对围岩扰动影响较大,导致掌子面塌方,进而牵引拱顶松散土体下陷,直至冒顶。

5 处理措施 5.1 洞外地表

(1)在洞顶增设监控测点,洞内洞外系统监控量测,及时对结果进行分析,根据监测情况,指导洞内施工。

(2)根据现场情况,由施工单位做好塌方处的防排水措施,洞外在坍坑边线5m以外开挖截水沟,防止地表水进入坑内。

(3)将坑洞周围出现较大裂隙的土体推到至隧道内,并对坑洞周围进行挂网喷浆处理。

(4)在拱顶上1m处挖一个1.5m的台阶,用Φ42的钢管铺架在台阶上,在钢管上铺设好木板,在木板上铺上双层钢筋网片,再用喷射20cm的混凝土封闭。

(5)在洞内支护措施施工完成后,拱顶与封闭的盖板之间采用C20混凝土填充。

5.2 洞内塌方段

(1)地表处理完成后,洞内DK38+110至DK38+125采用Ⅰ20型钢支护,间距为0.5m,加强锁脚,每侧各增加2根4m长的Φ42锁脚锚管。

(2)拱顶部位的型钢与型钢之间采用Φ42的钢管连接,钢管内用锚固剂填满。

(3)其他的钢筋网片、连接件和喷射混凝土按原设计要求施作。 (4)在拱顶预留两根100mm的钢管,已备后期填充拱顶与盖板之间的空隙使用。

(5)在塌陷地段处理完成后,将浅埋段大里程未塌陷的地表土反挖

回填至坑洞内,并预留好台阶,洞内未塌陷的浅埋段按原设计要求施工,做好临时支护。

施工单位采用上述方法,有效处理了塌方冒顶问题,顺利通过剩余浅埋段。

6 结语

(1)某隧道浅埋段拱顶第四系软塑～流塑状黏土抗剪强度较低;砂类土和全风化花岗岩渗透性好,粘聚力低;洞身段全、强风化花岗岩渗透性好,全、强风化层接触面局部有水集聚,易造成围岩失稳。总体来说,该段地质条件较差。

(2)设计应做足做强地表排水固结措施,以减少地表水下渗对围岩的影响。洞内应加强超前预支护,提高前期对围岩松散压力的承载能力。

(3)施工时尽量避开雨季,严格按设计施工,并遵循短进尺、弱爆破、二衬跟进、加强监控量测等原则。

参考文献

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